Kas būvē kodoltermisko reaktoru? Starptautiskais eksperimentālais kodolsintēzes reaktors

Starptautiskā eksperimentālā kodoltermiskā reaktora ITER projekts sākās 2007. gadā. Tas atrodas Kadarašā, Francijas dienvidos. ITER galvenais uzdevums, pēc projekta iecerētāju un īstenotāju domām, ir demonstrēt kodolsintēzes komerciālas izmantošanas iespējas.

ITER ir stratēģiska starptautiska zinātniska iniciatīva, kuras īstenošanā piedalās vairāk nekā 30 valstis.

“Mēs esam nākotnes kodolsintēzes reaktora pašā centrā. Tas sver trīs Eifeļa torņus, un tā kopējā platība ir 60 futbola laukumi,” ziņo euronews žurnālists Klaudio Roko.

Kodolsintēzes reaktors vai toroidāla iekārta magnētiskās plazmas norobežošanai, citādi saukta par tokomaku, tiek izveidota, lai sasniegtu apstākļus, kas nepieciešami kontrolētai kodoltermiskai saplūšanai. Plazmu tokamakā notur nevis kameras sienas, bet gan īpaši izveidots kombināts magnētiskais lauks- toroidālais ārējais un poloidālais strāvas lauks, kas plūst caur plazmas vadu. Salīdzinājumā ar citām iekārtām, kas izmanto magnētisko lauku, lai ierobežotu plazmu, elektriskās strāvas izmantošana ir tāda galvenā iezīme tokamaks

Veicot kontrolētu kodolsintēzi, tokamakā tiks izmantots deitērijs un tritijs.
Sīkāka informācija intervijā ģenerāldirektors Bernard Bigot ITER.

Kādas ir tādas enerģijas priekšrocības, kas iegūta, izmantojot kontrolētu kodolsintēzi?

“Pirmkārt, ūdeņraža izotopu izmantošanā, kas, savukārt, tiek uzskatīts par gandrīz neizsmeļamu avotu: ūdeņradis ir atrodams visur, arī Pasaules okeānā. Tātad, kamēr uz Zemes ir ūdens, jūra un svaigs, mēs tiksim nodrošināti ar degvielu tokamakam - mēs runājam par apmēram miljoniem gadu. Otrā priekšrocība - radioaktīvie atkritumi ir diezgan īss periods pussabrukšanas periods: vairāki simti gadu, salīdzinot ar kodolsintēzes atkritumu produktu pussabrukšanas periodu.

Termiskā kodolsintēze tiek kontrolēta, un, pēc Bernāra Bigota teiktā, to ir samērā viegli pārtraukt, ja notiek negadījums. Atšķirīga situācija līdzīgā gadījumā rodas kodolsintēzes gadījumā.

Karsējot vielu, var panākt kodolreakciju. Tieši šīs attiecības starp vielas karsēšanu un kodolreakciju atspoguļo termins "termonukleārā reakcija".

Tokamaka komponentu projektēšana tiek veikta ar ITER iesaistīto valstu centieniem, un tokamaka daļas un tehnoloģiskās sastāvdaļas tiek ražotas Japānā, Dienvidkorejā, Krievijā, Ķīnā, ASV un citās valstīs. Veidojot tokamaku, tiek ņemta vērā varbūtība dažādi veidi nelaimes gadījumi

Bernards Bigots: “Tomēr radioaktīvo elementu noplūde ir iespējama. Daži nodalījumi nebūs pietiekami noslēgti. Taču to skaits būs minimāls, un tiem, kas dzīvo netālu no reaktora, lielas briesmas veselībai vai dzīvībai nebūs.

Bet avārijas un noplūdes iespēja projektā ir paredzēta, jo īpaši telpas, kurās notiek kodolsintēze, un blakus esošās telpas tiks aprīkotas ar speciālām ventilācijas šahtām, kurās tiks iesūkti radioaktīvie elementi, lai novērstu to rašanos. izlaist uz āru.

“Es nedomāju, ka aprēķins aptuveni 16 miljardu eiro apmērā izskatās tik gigantisks, it īpaši, ja ņem vērā šeit saražotās enerģijas izmaksas. Turklāt tā ražošana prasa ilgu laiku, ļoti ilgu laiku, tāpēc visas izmaksas būs attaisnotas pat vidējā termiņā,” secina Bernards Bigots.

Nesen ziņoja Krievijas NIIEFA veiksmīgs tests pilna mēroga dzesēšanas rezistora prototips supravadošo spoļu aizsardzības sistēmai, kas tika izstrādāta īpaši ITER.

Un visa ITER kompleksa nodošana Kadarašā, Francijā, ir plānota 2020. gadā.

ITER — Starptautiskais kodoltermiskais reaktors (ITER)

Cilvēka enerģijas patēriņš ar katru gadu pieaug, un tas virza uz to enerģētikas nozari aktīva attīstība. Tādējādi līdz ar atomelektrostaciju parādīšanos visā pasaulē ievērojami palielinājās saražotās enerģijas apjoms, kas ļāva droši izmantot enerģiju visām cilvēces vajadzībām. Piemēram, 72,3% no Francijā saražotās elektroenerģijas nāk no atomelektrostacijām, Ukrainā - 52,3%, Zviedrijā - 40,0%, Lielbritānijā - 20,4%, Krievijā - 17,1%. Taču tehnoloģijas nestāv uz vietas, un, lai apmierinātu turpmākās nākotnes valstu vajadzības pēc enerģijas, zinātnieki strādā pie vairākiem inovatīviem projektiem, no kuriem viens ir ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Lai gan šīs iekārtas rentabilitāte joprojām ir apšaubāma, saskaņā ar daudzu pētnieku darbiem kontrolētas kodoltermiskās kodolsintēzes tehnoloģijas izveide un turpmāka attīstība var radīt spēcīgu un drošu enerģijas avotu. Apskatīsim dažus pozitīvās puses līdzīga instalācija:

• Kodolreaktora galvenā degviela ir ūdeņradis, kas nozīmē praktiski neizsmeļamas kodoldegvielas rezerves.
• Ūdeņraža ražošana var notikt pārstrādes rezultātā jūras ūdens, kas ir pieejams lielākajā daļā valstu. No tā izriet, ka degvielas resursu monopols nevar rasties.
• Avārijas sprādziena iespējamība termokodolreaktora darbības laikā ir daudz mazāka nekā kodolreaktora darbības laikā. Pēc pētnieku domām, pat avārijas gadījumā radiācijas emisijas neradīs briesmas iedzīvotājiem, kas nozīmē, ka evakuācija nav nepieciešama.
• Atšķirībā no kodolreaktori Kodolsintēzes reaktori ražo radioaktīvos atkritumus, kuriem ir īss pussabrukšanas periods, kas nozīmē, ka tie ātrāk sadalās. Arī kodoltermiskajos reaktoros nav sadegšanas produktu.
• Kodolsintēzes reaktora darbībai nav nepieciešami materiāli, kuriem arī tiek izmantoti atomieroči. Tas izslēdz iespēju slēpt kodolieroču ražošanu, apstrādājot materiālus kodolreaktora vajadzībām.

Kodoltermiskais reaktors — skats no iekšpuses

Tomēr ir arī vairāki tehniski trūkumi, ar kuriem pētnieki pastāvīgi saskaras.

Piemēram, pašreizējā degvielas versija, kas tiek piedāvāta deitērija un tritija maisījuma veidā, prasa jaunu tehnoloģiju izstrādi. Piemēram, beidzoties pirmajai testu sērijai JET termokodolreaktorā, kas ir līdz šim lielākais, reaktors kļuva tik radioaktīvs, ka eksperimenta pabeigšanai bija nepieciešama arī īpašas robotizētas apkopes sistēmas izstrāde. Vēl viens neapmierinošs faktors termokodolreaktora darbībā ir tā efektivitāte - 20%, savukārt atomelektrostacijas efektivitāte ir 33-34%, bet termoelektrostacijas - 40%.

ITER projekta izveide un reaktora palaišana

ITER projekts aizsākās 1985. gadā, kad Padomju savienība ierosināja kopīgi izveidot tokamaku - toroidālu kameru ar magnētiskām spolēm, kas spēj noturēt plazmu, izmantojot magnētus, tādējādi radot apstākļus, kas nepieciešami kodolsintēzes reakcijai. 1992. gadā tika parakstīts četrpusējs līgums par ITER attīstību, kura puses bija ES, ASV, Krievija un Japāna. 1994. gadā projektam pievienojās Kazahstānas Republika, 2001. gadā - Kanāda, 2003. gadā - Dienvidkoreja un Ķīna, 2005. gadā - Indija. 2005. gadā tika noteikta reaktora būvniecības vieta - Kadarašas kodolenerģijas pētniecības centrs, Francija.

Reaktora celtniecība sākās ar bedres sagatavošanu pamatiem. Tātad bedres parametri bija 130 x 90 x 17 metri. Viss tokamaka komplekss svērs 360 000 tonnu, no kuriem 23 000 tonnas ir pats tokamaks.

Tiks izstrādāti un būvlaukumā nogādāti dažādi ITER kompleksa elementi no visas pasaules. Tātad 2016. gadā Krievijā tika izstrādāta daļa poloidālo spoļu vadītāju, kas pēc tam tika nosūtīti uz Ķīnu, kas paši ražos spoles.

Acīmredzot tik apjomīgu darbu nemaz nav viegli organizēt, vairākas valstis vairākkārt nav spējušas ievērot projekta grafiku, kā rezultātā reaktora palaišana tika pastāvīgi atlikta. Tātad, saskaņā ar pagājušā gada (2016. gada) jūnija ziņojumu: "pirmās plazmas saņemšana ir plānota 2025. gada decembrī."

ITER tokamaka darbības mehānisms

Termins "tokamak" nāk no krievu akronīma, kas nozīmē "toroidāla kamera ar magnētiskām spolēm".

Tokamaka sirds ir tā tora formas vakuuma kamera. Iekšpusē ekstremālās temperatūrās un spiedienā ūdeņraža deggāze kļūst par plazmu - karstu, elektriski uzlādētu gāzi. Kā zināms, zvaigžņu vielu attēlo plazma, un kodoltermiskās reakcijas Saules kodolā notiek tieši tādos apstākļos paaugstināta temperatūra un spiedienu. Līdzīgus apstākļus plazmas veidošanai, saglabāšanai, saspiešanai un karsēšanai rada masīvas magnētiskas spoles, kas atrodas ap vakuuma trauku. Magnētu ietekme ierobežos karsto plazmu no trauka sienām.

Pirms procesa sākuma no vakuuma kameras tiek noņemts gaiss un piemaisījumi. Pēc tam tiek uzlādētas magnētiskās sistēmas, kas palīdzēs kontrolēt plazmu, un tiek ievadīta gāzveida degviela. Kad spēcīgs elektrība, gāze tiek elektriski sadalīta un kļūst jonizēta (tas ir, elektroni atstāj atomus) un veido plazmu.

Plazmas daļiņām aktivizējoties un saduroties, tās arī sāk uzkarst. Sildīšanas paņēmieni palīdz sasniegt plazmas kušanas temperatūru (150 līdz 300 miljoni °C). Daļiņas, kas ir "satrauktas" līdz šādai pakāpei, sadursmes laikā var pārvarēt savu dabisko elektromagnētisko atgrūšanos, šādu sadursmju rezultātā atbrīvojot milzīgu enerģijas daudzumu.

Tokamaka dizains sastāv no šādiem elementiem:

Vakuuma trauks

(“donut”) ir toroidāla kamera, kas izgatavota no nerūsējošā tērauda. Tā lielais diametrs ir 19 m, un tā augstums ir 11 m, un tā svars ir vairāk nekā 5000 tonnas starp sienām cirkulēs dzesēšanas šķidrums, kas būs destilēts ūdens. Lai izvairītos no ūdens piesārņojuma, kameras iekšējā siena ir aizsargāta no radioaktīvais starojums izmantojot segu.

Sega

(“sega”) – sastāv no 440 fragmentiem, kas pārklāj kameras iekšējo virsmu. kopējais laukums banketu zona ir 700m2. Katrs fragments ir sava veida kasete, kuras korpuss ir izgatavots no vara, bet priekšējā siena ir noņemama un izgatavota no berilija. Kasešu parametri ir 1x1,5 m, un masa nav lielāka par 4,6 tonnām Šādas berilija kasetes palēninās reakcijas laikā radušos augstas enerģijas neitronus. Neitronu mērenības laikā siltums tiks atbrīvots un noņemts no dzesēšanas sistēmas. Jāpiebilst, ka reaktora darbības rezultātā radušies berilija putekļi var izraisīt nopietnu slimību, ko sauc par beriliju, un tiem ir arī kancerogēna iedarbība. Šī iemesla dēļ kompleksā tiek izstrādāti stingri drošības pasākumi.

Tokamak sadaļā. Dzeltens - solenoīds, oranžs - toroidālais lauks (TF) un poloidālais lauks (PF) magnēti, zils - sega, gaiši zils - VV - vakuuma trauks, violets - divertors

Poloidālā tipa (“pelnutrauks”) ir ierīce, kuras galvenais uzdevums ir “attīrīt” plazmu no netīrumiem, kas rodas, uzkarsējot un mijiedarbojoties ar segu pārklātajām kameras sienām. Kad šādi piesārņotāji nonāk plazmā, tie sāk intensīvi izstarot, kā rezultātā rodas papildu starojuma zudumi. Tas atrodas tokomaka apakšā un, izmantojot magnētus, virza augšējos plazmas slāņus (kas ir visvairāk piesārņoti) dzesēšanas kamerā. Šeit plazma atdziest un pārvēršas gāzē, pēc kuras tā tiek izsūknēta atpakaļ no kameras. Berilija putekļi pēc iekļūšanas kamerā praktiski nespēj atgriezties plazmā. Tādējādi plazmas piesārņojums paliek tikai uz virsmas un neiekļūst dziļāk.

Kriostats

- lielākā tokomaka sastāvdaļa, kas ir nerūsējošā tērauda apvalks ar tilpumu 16 000 m 2 (29,3 x 28,6 m) un 3850 tonnu masu. Pārējie sistēmas elementi atradīsies kriostata iekšpusē, un tas pats kalpo kā barjera starp tokamaku un ārējā vide. Uz tā iekšējām sienām būs termosieti, kas atdzesēti ar slāpekļa cirkulāciju 80 K (-193,15 °C) temperatūrā.

Magnētiskā sistēma

– elementu kopums, kas kalpo plazmas saturēšanai un kontrolei vakuuma traukā. Tas ir 48 elementu komplekts:

• Toroidālās lauka spoles atrodas ārpus vakuuma kameras un kriostata iekšpusē. Tie ir izgatavoti 18 gabalos, katrs ar izmēriem 15 x 9 m un sver aptuveni 300 tonnas. Šīs spoles kopā rada 11,8 teslu magnētisko lauku ap plazmas toru un uzglabā 41 GJ enerģiju.
• Poloidālā lauka spoles – atrodas virs toroidālā lauka spolēm un kriostata iekšpusē. Šīs spoles ir atbildīgas par magnētiskā lauka ģenerēšanu, kas atdala plazmas masu no kameras sienām un saspiež plazmu adiabātiskajai karsēšanai. Šādu spoļu skaits ir 6. Divu spoļu diametrs ir 24 m un masa ir 400 tonnas. Pārējās četras ir nedaudz mazākas.
• Centrālais solenoīds atrodas toroidālās kameras iekšējā daļā vai drīzāk “donutes caurumā”. Tās darbības princips ir līdzīgs transformatoram, un galvenais uzdevums ir ierosināt induktīvo strāvu plazmā.
• Korekcijas spoles atrodas vakuuma trauka iekšpusē, starp segu un kameras sienu. Viņu uzdevums ir saglabāt plazmas formu, kas spēj lokāli “izspiesties” un pat pieskarties trauka sienām. Ļauj samazināt kameras sienu mijiedarbības līmeni ar plazmu un līdz ar to arī tās piesārņojuma līmeni, kā arī samazina pašas kameras nodilumu.

ITER kompleksa uzbūve

Iepriekš aprakstītais tokamaka dizains “īsumā” ir ļoti sarežģīts inovatīvs mehānisms, kas izveidots ar vairāku valstu centieniem. Tomēr viņai pilnvērtīgu darbu nepieciešams vesels ēku komplekss, kas atrodas netālu no tokamaka. Starp viņiem:

• Kontroles, datu piekļuves un sakaru sistēma – CODAC. Atrodas vairākās ITER kompleksa ēkās.
• Degvielas uzglabāšana un degvielas sistēma - kalpo degvielas nogādāšanai tokamakā.
• Vakuuma sistēma - sastāv no vairāk nekā četrsimt vakuumsūkņu, kuru uzdevums ir izsūknēt no vakuuma kameras kodoltermiskās reakcijas produktus, kā arī dažādus piesārņotājus.
• Kriogēnā sistēma – to attēlo slāpekļa un hēlija ķēde. Hēlija ķēde normalizēs temperatūru tokamakā, kura darbs (un līdz ar to arī temperatūra) nenotiek nepārtraukti, bet gan impulsos. Slāpekļa ķēde atdzesēs kriostata siltuma vairogus un pašu hēlija ķēdi. Būs arī ūdens dzesēšanas sistēma, kas vērsta uz segu sienu temperatūras pazemināšanu.
• Enerģijas padeve. Tokamakam būs nepieciešami aptuveni 110 MW enerģijas pastāvīgs darbs. Lai to panāktu, tiks ierīkotas kilometrus garas elektrolīnijas un pieslēgtas Francijas industriālajam tīklam. Ir vērts atgādināt, ka ITER eksperimentālā iekārta nenodrošina enerģijas ražošanu, bet darbojas tikai zinātniskās interesēs.

ITER finansējums

Starptautiskais kodoltermiskais reaktors ITER ir diezgan dārgs uzņēmums, kas sākotnēji tika lēsts 12 miljardu dolāru apmērā, Krievijai, ASV, Korejai, Ķīnai un Indijai veidojot 1/11 no summas, Japānai 2/11 un ES — 4 /11 . Vēlāk šī summa pieauga līdz 15 miljardiem dolāru. Zīmīgi, ka finansējums notiek, piegādājot kompleksam nepieciešamo aprīkojumu, kas tiek izstrādāts katrā valstī. Tādējādi Krievija piegādā segas, plazmas sildīšanas ierīces un supravadošus magnētus.

Projekta perspektīva

IN Šis brīdis Tiek būvēts ITER komplekss un ražotas visas tokamakam nepieciešamās sastāvdaļas. Pēc plānotās tokamaka palaišanas 2025. gadā sāksies virkne eksperimentu, uz kuru rezultātiem balstoties tiks atzīmēti aspekti, kas prasa uzlabojumus. Pēc veiksmīgas ITER nodošanas ekspluatācijā plānots uzbūvēt uz kodolsintēzes bāzes bāzētu spēkstaciju ar nosaukumu DEMO (DEMOnstration Power Plant). DEMo mērķis ir demonstrēt kodolsintēzes enerģijas tā saukto "komerciālo pievilcību". Ja ITER spēj saražot tikai 500 MW enerģijas, tad DEMO varēs nepārtraukti ražot 2 GW enerģiju.

Tomēr jāpatur prātā, ka ITER eksperimentālā iekārta neražo enerģiju, un tās mērķis ir iegūt tīri zinātnisku labumu. Un kā zināms, viens vai otrs fiziskais eksperiments var ne tikai attaisnot cerības, bet arī sniegt cilvēcei jaunas zināšanas un pieredzi.

10:14 - Starptautiskais eksperimentālais kodoltermiskais reaktors ITER

ITER kodolsintēzes reaktora būvlaukums 2016. gada oktobrī. Pats reaktors būs tur centrā, kur ir aplis ar krānu.

Tātad šis ir pirmais ieraksts ar ierakstu un Īss apraksts ko mēs apspriedām manā slejā Sudraba lietus. Vakardienas numura tēma bija kodoltermiskā enerģija un pasaulē dārgākā zinātniskā iekārta – ITER.

Tātad, kas ir ITER?
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ir starptautisks eksperimentāls kodoltermiskais reaktors. Tas tiek būvēts ar desmitiem valstu centieniem Francijas kodolcentrā Kadaraše. Tā plānošana sākās tālajā 80. gados, projekts tika izstrādāts no 1992. līdz 2007. gadam, bet būvniecība sākās 2009. gadā. Pirmo plazmu paredzēts saņemt 2025. gadā, un galīgā pabeigšana un maksimāli plānoto darbības parametru sasniegšana saskaņā ar projektu būs ap 2035. gadu. Kāpēc tas ir svarīgi un interesanti? Pirmkārt, ITER ir visdārgākā un sarežģītākā zinātniskā un eksperimentālā iekārta pasaulē. Tā vērtība jau šobrīd tiek lēsta vairāk nekā 20 miljardu eiro apmērā. Salīdzinājumam, lielais hadronu paātrinātājs maksāja 6 miljardus eiro, un tā izgatavošana prasīja 7 gadus. Otrkārt, ITER ir vissvarīgākā lieta, kas šobrīd tiek darīta kodoltermiskās enerģijas attīstībai, kas nākotnē potenciāli var atrisināt visas cilvēces enerģētikas problēmas. Instalācijas mērķis ir demonstrēt kontrolētas kodoltermiskās kodolsintēzes iespēju ar jaudu rūpnieciskā mērogā un iegūt pieredzi, lai uzbūvētu pirmo kodolsintēzes spēkstaciju. Tātad ITER pats vēl neražos elektroenerģiju.

Kodolreaktorā atšķirībā no parastā kodolreaktors, tiek izmantota nevis smagā urāna vai plutonija kodolu dalīšanās reakcija, bet gan vieglā hēlija kodolu sintēzes reakcija no ūdeņraža izotopiem - deitērija un tritija. Līdzīga kodolsintēzes reakcija notiek Saulē, tāpēc “alternatīvā” saules un vēja enerģija kaut kādā veidā ir netieša mūsu zvaigznes kodoltermiskās enerģijas izmantošana.

Tajā pašā laikā kontrolētas kodolsintēzes reakcijas izveidošana ir ļoti sarežģīta. Viņi ir iemācījušies uz zemes radīt nekontrolējamu kodoltermisko reakciju – ūdeņraža veidā kodoltermiskās bumbas, visspēcīgākais, ko radījis cilvēks. Bet viņi to vēl nevar izmantot mierīgiem mērķiem. Šeit ir vairākas grūtības. Pirmkārt, sintēzes reakcijai ir nepieciešama karstums. Ir jāpaātrina un jāsaduras divi vieglie kodoli ar vienādu pozitīvo lādiņu, kas pie mazākiem ātrumiem vienkārši atgrūdīs. Tāpēc Saules temperatūra sasniedz 15 miljonus grādu, bet ITER reaktorā tā būs vēl vairāk - 150 miljoni grādu.

Matērija šajā temperatūrā pastāv tikai plazmas formā - ceturtā agregācijas stāvoklis vielas pēc cietām, šķidrām un gāzveida, kur vairs nav atomi, bet ir tikai atsevišķas lādētas daļiņas - kodoli, protoni un elektroni. Tāpēc otrā kodoltermiskās iekārtas grūtība ir šīs plazmas norobežošana reaktora iekšpusē. Neviens materiāls nevar izturēt saskari ar šo plazmu, tāpēc tā būs jātur nevis vielai, bet magnētiskajam laukam. Ja piešķirat laukam slēgtu formu, tad tajā būs lādētas daļiņas. Tomēr pat teorētiski nav iespējams izveidot sfērisku slēgtu magnētisko lauku (sakarā ar eža ķemmēšanas teorēmu), tāpēc plazmas saturēšanai tika piedāvāta tora formas lauka forma. Bagele, vienkārši sakot. To pirmo reizi izgudroja un ieviesa padomju zinātnieki. Tāpēc šāda dizaina nosaukums - Tokamak (Toroidāla kamera ar magnētiskām spolēm) zinātnes pasaulē ienāca no krievu valodas. ITER būs lielākais un jaudīgākais tokamaks pasaulē, lai gan uz planētas jau ir vairāk nekā 300 tādu.

Nu, ir vēl viena grūtība - lai izveidotu nepieciešamo magnētisko lauku, ir nepieciešami milzīgi supravadošie magnēti, kas atdzesēti ar šķidru hēliju līdz temperatūrai zem -270 grādiem pēc Celsija. Tātad izrādās, ka tokamaks ir ierīce, kurā pilnīgā vakuumā (jo, izņemot degvielu, deitēriju un tritiju, iekšā nav pieļaujami nekādi gāzes piemaisījumi) spirālēs ar mīnusu temperatūru, notiks reakcija 150 ° C temperatūrā. miljons grādu. Šī ir termiskā sviestmaize. Precīzāk bagele.

Instalācijas lielumu un sarežģītību var novērtēt, izmantojot šo diagrammu

Bet kāda izmēra patiesībā ir tie magnētu gredzeni, no kuriem tiks salikta tokamaka kamera, kas parādīta iepriekš diagrammā. Vairāk aizraujošu fotogrāfiju.

Sīkāka informācija par tokamaka fiziku un tā dizainu uz pirkstiem ir aprakstīta šeit.

Tas būtu grūti pat lielākajai daļai attīstītas valstis. Instalācijas sarežģītības dēļ bija nepieciešams apvienot visu kodolsintēzes pētījumos iesaistīto valstu zināšanas un pieredzi. ITER projektā piedalās apvienotā Eiropas Savienība, ASV, Krievija, Japāna, Dienvidkoreja, Ķīna un Indija. Vēlāk tai pievienojās Kazahstāna un nesen pat Irāna. Daži cilvēki iegulda naudu projektā, bet citi iegulda iekārtu būvniecībā. Piemēram, Krievija veido daudzas svarīgas sastāvdaļas, kā norādīts attēlā zemāk. Un vairāk par Krievijas dalību varat lasīt Krievijas dizaina centra ITER tīmekļa vietnē.

ITER konstrukcijas daļas, kas ražotas Krievijā. To izmaksas ir vairāki miljardi eiro.

Apvienošanās dod labumu ikvienam – ieguldot savu daļu, valstis pēc tam iegūst piekļuvi visai informācijai, kas iegūta no izmēģinājuma rūpnīcas. Kodoltermiskā enerģija patiesi var kļūt par visas cilvēces īpašumu. Cits iespējamais iemesls tas, ka projekts tiek īstenots starptautiskās sadarbības – risku dalīšanas – veidā. Komerciālo instalāciju parādīšanās vēl ir ļoti tālu (pats ITER vēl pat neģenerēs enerģiju, pēc tam to darīs nākamais DEMO reaktors), visi to saprot, un tik dārgu eksperimentu veikt vienam ir dārgi. Valstis, rupji sakot, investē tālā nākotnē un saglabā zinātnisko potenciālu termokodolenerģijas jomā, bet tajā pašā laikā dalās ar riskiem, ka produkts drīz neparādīsies un nebūs tādā formā, kādā to varētu izmantot.

Lai gan esmu pētījis kodolenerģiju, kodolreaktors ir tik nošķirta un attāla tēma no tradicionālajām atomelektrostacijām, ka tikai tagad esmu tajā iedziļinājies pietiekami dziļi. Tagad man šķiet, ka tehniski tiks atrisināta kontrolētas kodoltermiskās enerģijas mierīgas izmantošanas problēma. Ir grūti pateikt, cik liels pieprasījums būs līdz tā izveides brīdim un kad tieši tas notiks.

Kodolsintēzes spēkstacija.

Šobrīd zinātnieki strādā pie atomelektrostacijas izveides, kuras priekšrocība ir nodrošināt cilvēci ar elektrību neierobežotu laiku. Kodolelektrostacija darbojas uz kodolsintēzes bāzes – smago ūdeņraža izotopu sintēzes reakcijas ar hēlija veidošanos un enerģijas izdalīšanos. Kodolsintēzes reakcija nerada gāzveida vai šķidrus radioaktīvos atkritumus un neražo plutoniju, ko izmanto kodolieroču ražošanai. Ja ņemam vērā arī to, ka kodolenerģijas staciju degviela būs smagais ūdeņraža izotops deitērijs, ko iegūst no vienkārša ūdens – puslitrā ūdens ir kodolsintēzes enerģija, kas līdzvērtīga tai, ko iegūst, sadedzinot benzīna mucu –, tad priekšrocības kļūst acīmredzamas spēkstacijas, kuru pamatā ir kodoltermiskās reakcijas.

Kodoltermiskās reakcijas laikā enerģija tiek atbrīvota, kad vieglie atomi apvienojas un pārvēršas smagākos. Lai to panāktu, ir nepieciešams uzsildīt gāzi līdz temperatūrai, kas pārsniedz 100 miljonus grādu – daudz augstāka par temperatūru Saules centrā.

Gāze šajā temperatūrā pārvēršas plazmā. Ūdeņraža izotopu atomi saplūst, pārvēršas hēlija atomos un neitronos un atbrīvojas liels skaits enerģiju. Komerciālā spēkstacija, kas darbojas pēc šī principa, izmantotu neitronu enerģiju, ko regulē blīva materiāla (litija) slānis.

Salīdzinot ar atomelektrostaciju, kodolsintēzes reaktors atstās daudz mazāk radioaktīvo atkritumu.

Starptautiskais kodoltermiskais reaktors ITER

Starptautiskā konsorcija dalībnieki, lai radītu pasaulē pirmo kodoltermisko reaktoru ITER, Briselē parakstīja vienošanos, kas uzsāk projekta praktisko ieviešanu.

Pārstāvji Eiropas Savienība ASV, Japāna, Ķīna, Dienvidkoreja un Krievija ir iecerējušas eksperimentālā reaktora būvniecību sākt 2007. gadā un pabeigt astoņu gadu laikā. Ja viss noritēs pēc plāna, tad līdz 2040.gadam varētu uzbūvēt demonstrācijas elektrostaciju, kas darbotos pēc jaunā principa.

Gribētos ticēt, ka drīz beigsies videi bīstamo hidroelektrostaciju un atomelektrostaciju ēra, un pienāks laiks jaunai elektrostacijai - kodoltermiskajai, kuras projekts jau tiek īstenots. Bet, neskatoties uz to, ka ITER (Starptautiskā kodoltermiskā reaktora) projekts ir gandrīz gatavs; neskatoties uz to, ka jau pirmajos darbojošajos eksperimentālajos kodolreaktoros tika iegūta jauda, ​​kas pārsniedz 10 MW - pirmā līmeņa līmenis atomelektrostacijas, pirmā atomelektrostacija darbu sāks ne ātrāk kā pēc divdesmit gadiem, jo ​​tās izmaksas ir ļoti augstas. Darbu izmaksas tiek lēstas 10 miljardu eiro apmērā – tas ir visdārgākais starptautisks projekts elektrostacijas. Pusi no reaktora būvniecības izmaksām sedz Eiropas Savienība. Pārējie konsorcija dalībnieki atvēlēs 10% no tāmes.

Tagad reaktora būvniecības plāns, kas kļūs par visu laiku dārgāko kopīgo zinātnisko projektu, jāratificē konsorcija dalībvalstu parlamentāriešiem.

Reaktors tiks būvēts dienvidos Francijas province Provansā, Kadarašas pilsētas apkaimē, kur atrodas Francijas kodolpētniecības centrs.

Cilvēce pamazām tuvojas Zemes ogļūdeņražu resursu neatgriezeniska izsīkuma robežai. Mēs gandrīz divus gadsimtus esam ieguvuši naftu, gāzi un ogles no planētas zarnām, un jau tagad ir skaidrs, ka to rezerves tiek izsmeltas milzīgā ātrumā. Vadošās pasaules valstis jau sen domā par jauna, videi draudzīga, no ekspluatācijas viedokļa droša enerģijas avota izveidi ar milzīgām degvielas rezervēm.

Kodolsintēzes reaktors

Mūsdienās daudz tiek runāts par tā saukto alternatīvo enerģijas veidu izmantošanu – atjaunojamiem avotiem fotoelementu, vēja enerģijas un hidroenerģijas veidā. Acīmredzot, pateicoties savām īpašībām, šie virzieni var darboties tikai kā enerģijas piegādes palīgavoti.

Kā cilvēces ilgtermiņa perspektīva, tikai uz enerģiju balstīta kodolreakcijas.

No vienas puses, arvien vairāk valstu izrāda interesi par kodolreaktoru būvniecību savā teritorijā. Tomēr joprojām aktuāla problēma kodolenerģijai ir radioaktīvo atkritumu apstrāde un apglabāšana, un tas ietekmē ekonomiskos un vides rādītājus. Vēl 20. gadsimta vidū pasaules vadošie fiziķi, meklējot jaunus enerģijas veidus, pievērsās dzīvības avotam uz Zemes – Saulei, kuras dziļumos aptuveni 20 miljonu grādu temperatūrā norisinās reakcijas. gaismas elementu sintēze (saplūšana) notiek ar kolosālas enerģijas izdalīšanos.

Iekšzemes speciālisti vislabāk tika galā ar uzdevumu izstrādāt iekārtu kodolsintēzes reakciju īstenošanai sauszemes apstākļos. Krievijā iegūtās zināšanas un pieredze vadāmās kodoltermiskās kodolsintēzes (CTF) jomā veidoja pamatu projektam, kas bez pārspīlējuma ir cilvēces enerģētiskā cerība - Starptautiskais eksperimentālais kodoltermiskais reaktors (ITER), kas top. celta Kadarašā (Francija).

Kodolsintēzes vēsture

Pirmie termokodolpētījumi sākās valstīs, kas strādāja pie savām atomu aizsardzības programmām. Tas nav pārsteidzoši, jo atomu laikmeta rītausmā galvenais mērķis deitērija plazmas reaktoru parādīšanās bija pētījums fizikālie procesi karstā plazmā, par kuru zināšanas cita starpā bija nepieciešamas kodoltermisko ieroču radīšanai. Saskaņā ar deklasificētiem datiem PSRS un ASV sākās gandrīz vienlaikus 50. gados. darbs pie UTS. Bet, tajā pašā laikā, ir vēsturiskas liecības, ka vēl 1932. gadā vecās revolucionārās un tuvs draugs pasaules proletariāta līderis Nikolajs Buharins, kurš tajā laikā ieņēma Augstākās ekonomikas padomes komitejas priekšsēdētāja amatu un uzraudzīja attīstību Padomju zinātne, ierosināja valstī uzsākt projektu kontrolētu kodoltermisko reakciju pētīšanai.

Padomju kodoltermiskā projekta vēsture neizpalika jautrs fakts. Topošo slaveno akadēmiķi un ūdeņraža bumbas radītāju Andreju Dmitrijeviču Saharovu iedvesmoja ideja par augstas temperatūras plazmas magnētisko siltumizolāciju no karavīra vēstules. padomju armija. 1950. gadā Sahalīnā dienējušais seržants Oļegs Lavrentjevs nosūtīja uz Vissavienības Centrālo komiteju. komunistiskā partija vēstuli, kurā viņš ierosināja izmantot ūdeņraža bumba litija-6 deiterīdu sašķidrinātā deitērija un tritija vietā, kā arī izveidot sistēmu ar karstas plazmas elektrostatisko norobežojumu kontrolētai kodoltermiskai saplūšanai. Vēstuli izskatīja toreizējais jaunais zinātnieks Andrejs Saharovs, kurš savā pārskatā rakstīja, ka "uzskata par nepieciešamu detalizēti apspriest biedra Lavrentjeva projektu".

Jau 1950. gada oktobrī Andrejs Saharovs un viņa kolēģis Igors Tamms veica pirmās magnētiskā kodoltermiskā reaktora (MTR) aplēses. Pirmā toroidālā instalācija ar spēcīgu garenisko magnētisko lauku, kas balstīta uz I. Tamma un A. Saharova idejām, tika uzbūvēta 1955. gadā LIPANĀ. To sauca par TMP - toru ar magnētisko lauku. Turpmākās instalācijas jau sauca par TOKAMAK pēc sākuma zilbju kombinācijas frāzē “TORIDAL CHAMBER MAGNETIC COIL”. Viņa klasiskā versija Tokamaks ir virtuļa formas toroidāla kamera, kas novietota toroidālā magnētiskajā laukā. No 1955. līdz 1966. gadam Kurčatova institūtā tika uzbūvētas 8 šādas instalācijas, par kurām tika veikts daudz dažādu pētījumu. Ja līdz 1969.gadam ārpus PSRS tokamaku būvēja tikai Austrālijā, tad turpmākajos gados būvēja 29 valstīs, tostarp ASV, Japānā, Eiropas valstīs, Indijā, Ķīnā, Kanādā, Lībijā, Ēģiptē. Kopumā pasaulē līdz šim uzbūvēti ap 300 tokamaku, tostarp 31 PSRS un Krievijā, 30 ASV, 32 Eiropā un 27 Japānā. Faktiski trīs valstis - PSRS, Lielbritānija un ASV - iesaistījās neizteiktā sacensībā, lai noskaidrotu, kurš pirmais izmantos plazmu un faktiski sāks ražot enerģiju "no ūdens".

Kodolreaktora svarīgākā priekšrocība ir radiācijas bioloģiskās bīstamības samazināšana aptuveni tūkstoš reižu salīdzinājumā ar visiem mūsdienu kodolreaktoriem.

Kodolreaktors neizdala CO2 un nerada “smagus” radioaktīvos atkritumus. Šo reaktoru var uzstādīt jebkur un jebkurā vietā.

Pusgadsimta solis

1985. gadā akadēmiķis Jevgeņijs Veļihovs PSRS vārdā ierosināja Eiropas, ASV un Japānas zinātniekiem sadarboties, lai izveidotu kodoltermisko reaktoru, un jau 1986. gadā Ženēvā tika panākta vienošanās par iekārtas projektēšanu, kas vēlāk. saņēma nosaukumu ITER. 1992. gadā partneri parakstīja četrpusēju līgumu par reaktora inženiertehniskā projekta izstrādi. Pirmo būvniecības kārtu plānots pabeigt līdz 2020. gadam, kad plānots saņemt pirmo plazmu. 2011. gadā ITER objektā sākās reāla būvniecība.

ITER dizains atbilst klasiskajam krievu tokamakam, kas izstrādāts pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados. Plānots, ka pirmajā posmā reaktors darbosies impulsa režīmā ar kodoltermisko reakciju jaudu 400–500 MW, otrajā posmā tiks pārbaudīta reaktora nepārtraukta darbība, kā arī tritija reprodukcijas sistēma. .

Ne velti ITER reaktoru sauc par cilvēces enerģētisko nākotni. Pirmkārt, šis ir pasaulē lielākais zinātniskais projekts, jo gandrīz visa pasaule to būvē Francijas teritorijā: piedalās ES + Šveice, Ķīna, Indija, Japāna, Dienvidkoreja, Krievija un ASV. Līgums par iekārtas būvniecību tika parakstīts 2006.gadā. Eiropas valstis iegulda aptuveni 50% no projekta finansējuma, Krievija veido aptuveni 10% no kopējās summas, kas tiks ieguldīta augsto tehnoloģiju iekārtu veidā. Taču Krievijas svarīgākais ieguldījums ir pati tokamaka tehnoloģija, kas veidoja ITER reaktora pamatu.

Otrkārt, šis būs pirmais liela mēroga mēģinājums izmantot kodoltermisko reakciju, kas notiek Saulē, lai ražotu elektroenerģiju. Treškārt, šis zinātniskais darbs vajadzētu nest ļoti praktiskus rezultātus, un līdz gadsimta beigām pasaule sagaida, ka parādīsies pirmais komerciālās kodolelektrostacijas prototips.

Zinātnieki pieļauj, ka pirmā plazma starptautiskajā eksperimentālajā kodoltermiskajā reaktorā tiks ražota 2025. gada decembrī.

Kāpēc burtiski visa pasaules zinātnieku kopiena sāka būvēt šādu reaktoru? Fakts ir tāds, ka daudzas tehnoloģijas, kuras plānots izmantot ITER būvniecībā, nepieder visām valstīm uzreiz. Vienai valstij, pat visattīstītāk zinātniski tehniskajā ziņā, nevar uzreiz būt simts pasaules augstākā līmeņa tehnoloģijas visās tehnoloģiju jomās, ko izmanto tik augsto tehnoloģiju un izrāvienu projektā kā kodoltermiskais reaktors. Taču ITER sastāv no simtiem līdzīgu tehnoloģiju.

Krievija daudzās kodolsintēzes tehnoloģijās pārspēj globālo līmeni. Bet, piemēram, Japānas kodolzinātniekiem šajā jomā ir arī unikālas kompetences, kas ir diezgan piemērojamas ITER.

Tāpēc jau pašā projekta sākumā partnervalstis vienojās par to, kas un ko piegādās objektam, un ka tai nav jābūt tikai sadarbībai inženierzinātnēs, bet gan iespējai katram no partneriem saņemt jaunas tehnoloģijas no plkst. citiem dalībniekiem, lai turpmāk tos attīstītu pats.

Andrejs Retingers, starptautisks žurnālists